IT9022117A1 - PREPARATION OF SILICON OXYCARBON GLASS FROM COLLOIDAL SILICA TREATED WITH SILOXANOLS - Google Patents
PREPARATION OF SILICON OXYCARBON GLASS FROM COLLOIDAL SILICA TREATED WITH SILOXANOLS Download PDFInfo
- Publication number
- IT9022117A1 IT9022117A1 IT022117A IT2211790A IT9022117A1 IT 9022117 A1 IT9022117 A1 IT 9022117A1 IT 022117 A IT022117 A IT 022117A IT 2211790 A IT2211790 A IT 2211790A IT 9022117 A1 IT9022117 A1 IT 9022117A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- glass
- colloidal silica
- silicon
- treated
- carbon
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 167
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims description 98
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 60
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 53
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 title claims description 50
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 49
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 51
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 39
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 34
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 22
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 19
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 13
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 claims description 13
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 12
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 7
- SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N silanol Chemical compound [SiH3]O SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 4
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 claims description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical compound [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 37
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 24
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 14
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- ZJBHFQKJEBGFNL-UHFFFAOYSA-N methylsilanetriol Chemical compound C[Si](O)(O)O ZJBHFQKJEBGFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- -1 aliphatic alcohols Chemical class 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 4
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical compound CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 2
- 125000005587 carbonate group Chemical group 0.000 description 2
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 150000005826 halohydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-OUBTZVSYSA-N silicon-29 atom Chemical compound [29Si] XUIMIQQOPSSXEZ-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N (R)-(-)-Propylene glycol Chemical compound C[C@@H](O)CO DNIAPMSPPWPWGF-GSVOUGTGSA-N 0.000 description 1
- UBYSRFHJCHTLKP-UHFFFAOYSA-N CC(C(=O)O[SiH](OC(C)=O)OC(C)=O)(C)C Chemical compound CC(C(=O)O[SiH](OC(C)=O)OC(C)=O)(C)C UBYSRFHJCHTLKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid group Chemical group C(C1=CC=CC=C1)(=O)O WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000006172 buffering agent Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- KEYRRLATNFZVGW-UHFFFAOYSA-N ethyl(trihydroxy)silane Chemical compound CC[Si](O)(O)O KEYRRLATNFZVGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940093915 gynecological organic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008131 herbal destillate Substances 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000013526 supercooled liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012932 thermodynamic analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
- C03C14/004—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
- C03C14/002—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of fibres, filaments, yarns, felts or woven material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/045—Silicon oxycarbide, oxynitride or oxycarbonitride glasses
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/02—Fibres; Filaments; Yarns; Felts; Woven material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/04—Particles; Flakes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale DESCRIPTION of the industrial invention
La presente invenzione riguarda composizioni di vetro e in particolare composizioni di vetro comprendenti silicio, ossigeno e carbonio fatte da una silice colloidale trattata con silìssanoli. The present invention relates to glass compositions and in particular glass compositions comprising silicon, oxygen and carbon made from a colloidal silica treated with siloxanols.
La silice vetrosa è un vetro refrattario, tuttavia, devetrifica a circa 1100°C. La devetrificazione consiste nella transizione dalle strutture casuali di cui sono fatti i vetri ad una struttura cristallizzata. La cristallizzazione riduce drasticamente uno degli attributi predenominanti della silice vetrosa, cioè la sua bassa dilatazione termica e anche parecchie di altre sue proprietà desiderabili. Come risultato, molta ricerca è stata diretta ad aumentare la resistenza alle devetrificazione di composizioni di vetro di silice. Vitreous silica is a refractory glass, however, it devittifies at around 1100 ° C. Devitrification consists of the transition from the random structures of which glasses are made to a crystallized structure. Crystallization drastically reduces one of the predominant attributes of vitreous silica, namely its low thermal expansion and also several of its other desirable properties. As a result, much research has been directed at increasing the devitrification resistance of silica glass compositions.
Reazioni tra silicio, carbonio e ossigeno sono state studiate estensivamente. Note reazioni in un sistema formato dal silicio carbonio e ossigeno contengono ossigeno combinato con silicio per formare silice, prevalentemente come biossido di silicio. A temperature superiori a 1100°C la silice comincia a cristallizzare a formare cristobalite, una delle forme forme minerali comuni della silice. Il carbonio può reagire con silicio per formare carburo di silicio cristallino o può reagire con ossigeno per formare monossido di carbonio. Reactions between silicon, carbon and oxygen have been studied extensively. Known reactions in a system consisting of carbon and oxygen silicon contain oxygen combined with silicon to form silica, predominantly as silicon dioxide. At temperatures above 1100 ° C, silica begins to crystallize to form cristobalite, one of the common mineral forms of silica. Carbon can react with silicon to form crystalline silicon carbide or it can react with oxygen to form carbon monoxide.
La termodinamica di reazioni tra silicio, carbonio e ossigeno viene trattata in “The High Temperature Oxidation, Reduction, and Volatilization Reactions of Silicon and Silicon Carbide", di Gulbransen, E.A. e Jansson, S.A. Oxidation of Metals, Volume 4, No 3, 1972. L’analisi termodinamica di Gulbransen e altri mostra che a 1200°C la silice e il carbonio formerebbero monossido di silicio e monossido di carbonio gassosi o carburo di silicio solido, SiC. Tuttavia, non si prevederebbe di formare un singolo materiale contenente tutti e tre gli elementi. Gulbransen e altri concludono che la silice non era raccomandata nell’uso in atmosfere riducenti al di sopra di 1125°C a causa della formazione di monossido di silicio gassoso. Ancora, il carburo di silicio non era raccomdnato nell’uso in ambienti contenenti ossigeno a causa dell’ossidazione del carburo di silicio. The thermodynamics of reactions between silicon, carbon and oxygen is discussed in "The High Temperature Oxidation, Reduction, and Volatilization Reactions of Silicon and Silicon Carbide", by Gulbransen, E.A. and Jansson, S.A. Oxidation of Metals, Volume 4, No 3, 1972 . Thermodynamic analysis by Gulbransen et al shows that at 1200 ° C silica and carbon would form gaseous silicon monoxide and carbon monoxide or solid silicon carbide, SiC. However, it would not be expected to form a single material containing all and three elements. Gulbransen et al conclude that silica was not recommended for use in reducing atmospheres above 1125 ° C due to the formation of gaseous silicon monoxide. Again, silicon carbide was not recommended for use in environments containing oxygen due to the oxidation of silicon carbide.
C’è un materiale descritto come silice vetrosa modificata da carbonio e qui indicata come "vetro nero" dove dall' 1 al 3% di carbonio è stato aggiunto alla silice. Il metodo per fare vetro nero è descritto da Smith e altri nel brevetto USA No. 3.378.431. Sostanze organiche carboniose, come carbowax sono aggiunte alla silice e la miscela viene pressata a caldo a circa 1200°C per formare il vetro nero. Smith, C.F. Jr ha caratterizzato il vetro nero per spettroscopia infrarossa in "The Vibrational Spectra of High Purity And Chemically Substituted Vitreous Silicas”, tesi di laurea della Alfred University, Alfred New York, Maggio 1973. Smith rivela che in aggiunta a carbonio elementare disperso nel vetro nero, una certa quantità di carbonio è associata con ossegno in gruppi di tipo carbonato. 11 termine carbonato descrive un radicale avente un atomo di carbonio legato a tre atomi di ossigeno ed avente la struttura, There is a material described as carbon-modified vitreous silica and referred to here as "black glass" where 1 to 3% carbon has been added to the silica. The method of making black glass is described by Smith et al in U.S. Patent No. 3,378,431. Carbonaceous organic substances such as carbowax are added to the silica and the mixture is hot pressed at about 1200 ° C to form black glass. Smith, C.F. Jr featured black glass for infrared spectroscopy in "The Vibrational Spectra of High Purity And Chemically Substituted Vitreous Silicas," Alfred University graduation thesis, Alfred New York, May 1973. Smith reveals that in addition to elemental carbon dispersed in black glass , a certain amount of carbon is associated with oxenon in carbonate-type groups. The term carbonate describes a radical having one carbon atom bonded to three oxygen atoms and having the structure,
La robustezza meccanica del vetro nero è simile alla robustezza di convenzionale vetro di silice privo di carbonio, tuttavia il vetro nero ha una maggiore resistenza alla devetrificazione rispetto al convenzionale vetro di silice che cominicia a devetrificare a circa 1100°C, mentre il vetro nero comincia a devetrificare a circa 1250°C. La maggiore stabilità termica del vetro nero gli consente di essere usato a temperature maggiori dove la convenzionale silice devetrificherebbe. The mechanical strength of black glass is similar to the strength of conventional carbon-free silica glass, however black glass has a higher resistance to devitrification than conventional silica glass which begins to devitrify at around 1100 ° C, while black glass begins to devitrify. to devitrify at about 1250 ° C. The higher thermal stability of black glass allows it to be used at higher temperatures where conventional silica would devitrify.
In una fibra ceramica continua di carburo di silicio prodotta commercialmente, venduta sotto il marchio "Nicalon", circa il 10% di ossigeno è introdotto nella fibra per reticolarla. Dopo reticolazione, le fibre sono pirolizzate e si crede che l'ossigeno diventi parte della fibra come contaminante amorfo, probabilmente nella forma di silice. Il comportamento alla degradazione di tali fibre dopo trattamento termico in svariati ambienti venne riferito nell’articolo "Thermal Stability of SiC Fibres (Nicalon )", Mah, T. e altri, Journal of Material Science, Voi. 19, da pagine 1191 a 1201 (1984). Mah e altri trovarono che indipendentemente dalle condizioni ambientali durante il trattamento termico, la robustezza delia fibra di "Nicalon" diminuiva quando le fibre furono soggette a temperature maggiori di 1200°C. La degradazione delle fibre venne associata con perdita di monossido di carbonio dalle fibre e con crescita di grani di carburo di silice beta nelle fibre. In a commercially produced continuous silicon carbide ceramic fiber sold under the "Nicalon" brand, approximately 10% oxygen is introduced into the fiber to crosslink it. After crosslinking, the fibers are pyrolyzed and oxygen is believed to become part of the fiber as an amorphous contaminant, possibly in the form of silica. The degradation behavior of these fibers after heat treatment in various environments was reported in the article "Thermal Stability of SiC Fibers (Nicalon)", Mah, T. et al., Journal of Material Science, Vol. 19, pages 1191 to 1201 (1984). Mah et al found that regardless of the environmental conditions during heat treatment, the strength of the "Nicalon" fiber decreased when the fibers were subjected to temperatures greater than 1200 ° C. The degradation of the fibers was associated with loss of carbon monoxide from the fibers and with growth of beta silica carbide grains in the fibers.
Materiali ceramici mostrano generalmente un comportamento fragile caratterizzato alla loro alta robustezza e bassa resistenza alla frattura. La resistenza alla frattura è la resistenza alla propagazione di incrinature nei materiali. Lo sviluppo di composti ceramici è stato investigato come un modo per alleviare il comportamento fragile di ceramiche. Il "Nicalon" è un’eccellente fibra ceramica ma degrada a temperature al di sopra di 1200°C. Ceramic materials generally exhibit a brittle behavior characterized by their high strength and low fracture strength. Fracture strength is the resistance to the propagation of cracks in materials. The development of ceramic compounds has been investigated as a way to alleviate the brittle behavior of ceramics. "Nicalon" is an excellent ceramic fiber but degrades at temperatures above 1200 ° C.
Integrando fibre di "Nicalon" in una matrice ceramica protettiva avente desiderabili proprietà meccaniche e capace di resistere a temperature sostanzialmente maggiori di 1200°C, sarebbe una via per formare un perfezionato composto ceramico. Tuttavia, dalla trattazione precedente, è evidente che le proprietà di ceramiche o vetri noti e specialmente quelli contenenti silicio ossigeno e carbonio, sono degradate per esempio per decomposizione di carburo di silicio o devetrificazione di vetro convenzionale. Integrating "Nicalon" fibers into a protective ceramic matrix having desirable mechanical properties and capable of withstanding temperatures substantially greater than 1200 ° C would be one way to form an improved ceramic compound. However, from the foregoing discussion, it is evident that the properties of known ceramics or glasses and especially those containing silicon oxygen and carbon, are degraded for example by decomposition of silicon carbide or devitrification of conventional glass.
Perciò, uno scopo di questa invenzione è di formare un vetro amorfo, comprendente silicio, ossigeno e carbonio in cui porzioni sostanziale degli atomi di carbonio sono legati chimicamente ad atomi di silicio e il rimanente carbonio è carbonio elementare disperso nella matrice di vetro. Tali composizioni vetrose resistono alla decomposizione in atmosfere ossidanti o riducenti e alla devetrificazione a temperature fino a circa 1600°C. Therefore, an object of this invention is to form an amorphous glass, comprising silicon, oxygen and carbon in which substantial portions of the carbon atoms are chemically bonded to silicon atoms and the remaining carbon is elemental carbon dispersed in the glass matrix. Such glass compositions resist decomposition in oxidizing or reducing atmospheres and devitrification at temperatures up to about 1600 ° C.
Un altro scopo di questa invenzione di realizzare un processo per formare un vetro comprendente silicio, ossigeno e carbonio pirolizzando silici colfoidali trattate con silossanoli. Another object of this invention is to provide a process for forming a glass comprising silicon, oxygen and carbon by pyrolyzing silicas colfoidal treated with siloxanols.
Ancora un altro scopo dell’invenzione è di formare oggetti di vetro da una silice colloidale trattata con un silossanolo. Yet another object of the invention is to form glass objects from a colloidal silica treated with a siloxanol.
Si è trovato che silici colloidali trattate con silossanoli possono essere pirolizzate in un’atmosfera non ossidante per formare composizioni vetrose uniche. Sorprendentemente, si è trovato che silici colloidali trattate con silossanoli pirolizzate in atmosfera non ossidante al di sotto di circa 1600°C non formano silice, cristobalite, carburo di silicio, monossido di carbonio, o miscele di silice e carbonio elementare. It has been found that colloidal silicas treated with siloxanols can be pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere to form unique glass compositions. Surprisingly, it has been found that colloidal silicas treated with pyrolyzed siloxanols in a non-oxidizing atmosphere below about 1600 ° C do not form silica, cristobalite, silicon carbide, carbon monoxide, or mixtures of silica and elemental carbon.
I vetri non cristallini sostanzialmente stabili di questa invenzione sono fatti pirolizzando una silice colloidale trattata con un sdossando a formare una composizione vetrosa, comprendente silicio, ossigeno e carbonio in cui una porzione maggiore degli atomi di carbonio è legata chimicamente ad atomi di silicio. Questi vetri resistono a cristallizzazione e a decomposizione in atomosfere ossidanti e riducenti a temperature fino a circa 1600°C. In aggiunta, una porzione maggiore del carbonio presente nei vetri di questa invenzione è legata a silicio, dove il resto è presente come carbonio elementare disperso entro la matrice di vetro, in modo che non ci sono gruppi carbonati rivelabili. The substantially stable non-crystalline glasses of this invention are made by pyrolyzing a colloidal silica treated with an oxide to form a glassy composition, comprising silicon, oxygen and carbon in which a major portion of the carbon atoms are chemically bonded to silicon atoms. These glasses resist crystallization and decomposition into oxidizing and reducing atomospheres at temperatures up to about 1600 ° C. In addition, a major portion of the carbon present in the glasses of this invention is bonded to silicon, where the remainder is present as elemental carbon dispersed within the glass matrix, so that there are no detectable carbonate groups.
I legami tra carbonio e ossigeno scoperti nei vetri di questa invenzione erano prima d’ora sconosciuti nei vetri di silice. In vetri di silice e specialmente in vetro nero, il carbonio è stato solo noto come presente nella forma di elemento non legato nella matrice di silice o di gruppi carbonati, dove il carbonio è legato con ossigeno. I vetri di questa invenzione, caratterizzati dal legame chimico sopra descritto, sono qui avanti chiamati vetri di ossicarburo di silicio. The bonds between carbon and oxygen discovered in the glasses of this invention were previously unknown in silica glasses. In silica glasses and especially black glass, carbon has only been known to be present in the form of an unbound element in the silica matrix or carbonate groups, where carbon is bound with oxygen. The glasses of this invention, characterized by the chemical bond described above, are hereinafter referred to as silicon oxycarbon glasses.
Vetri di questa invenzione vengono prodotti da una silice colloidale trattata con silossanoli riscaldata in un’atmosfera non ossidante per pirolizzare la silice trattata. Come qui usato, il termine, atmosfera non ossidante, significa un’atmosfera sostanzialmente priva di ossigeno che rimuove sotto prodotti di pirolisi dalla resina pirolizzante senza influenzare le reazioni che capitano durante la pirolisi. Esempi di atmosfere non ossidanti comprendono un vuoto inferidVé circa 10 4 atmosfere (0,1013 mbar), atmosfere inerti come elio, argon o azoto e atmosfere riducenti, come idrogeno. Glasses of this invention are produced from a colloidal silica treated with siloxanols heated in a non-oxidizing atmosphere to pyrolyze the treated silica. As used herein, the term, non-oxidizing atmosphere, means an atmosphere essentially devoid of oxygen that removes pyrolysis by-products from the pyrolyzing resin without affecting the reactions that occur during pyrolysis. Examples of non-oxidizing atmospheres include a vacuum lower than approximately 10 4 atmospheres (0.1013 mbar), inert atmospheres such as helium, argon or nitrogen, and reducing atmospheres, such as hydrogen.
Come qui detto, una silice colloidale trattata con silossanoli comprende una dispersione di silice colloidale in un condensato parziale di un silanolo della formula RSi(OH)3. Il condensato parziale è formato per idrolisi di un organotrialcossisilano in cui R è un radicale idrocarburo monovalente contenente da circa 1 a 12 atomi di carbonio, come un aloidrocarburo, un alchile C(1-12), un arile C(6-12) 0 un estere come un metacrilato o acrilato; almeno il 70% in peso del silanolo essendo metiltriidrossisilano. Il condensato parziale del silanolo è il silossanolo. La silice colloidale tratata con silossanolo è talvolta qui chiamata silice trattata o silice colloidale trattata. As stated here, a colloidal silica treated with siloxanols comprises a dispersion of colloidal silica in a partial condensate of a silanol of the formula RSi (OH) 3. The partial condensate is formed by hydrolysis of an organotryalkoxysilane in which R is a monovalent hydrocarbon radical containing from about 1 to 12 carbon atoms, such as a halohydrocarbon, a C (1-12) alkyl, a C (6-12) 0 aryl an ester such as a methacrylate or acrylate; at least 70% by weight of the silanol being methyltrihydroxy silane. The partial condensate of silanol is siloxanol. Colloidal silica treated with siloxanol is sometimes referred to herein as treated silica or treated colloidal silica.
La pirolisi della silice trattata forma un vetro di ossicarburo di silicio che è caratterizzato da una ripartizione continua di elettroni tra atomi di silicio, ossigeno e carbonio. In vetro di ossicarburo di silicio, gli atomi di silicio sono presenti fino a quattro unità poliatomiche. In un'unità, qui chiamata tetraossisilicio, un atomo di silicio è legato a quattro atomi di carbonio. In una seconda unità, qui chiamata monocarbosilossano, un atomo di silicio è legato a tre atomi di ossigeno e un atomo di carbonio. In una terza unità, qui chiamata dicarbosilossano, un atomo di silicio è legato a due atomi di ossigeno e due atomi di carbonio. In una quarta unità, qui chiamata tetracarbosiiicio, un atomo di silicio è legato a quattro atomi di carbonio. Quando una silice trattata formata dal condensato parziale di metiltrimetossisilano e silice colloidale in un rapporto di 1,8:1 è pirolizzata, si forma un vetro di ossicarburo di silicio avente una distribuzione di unità poliatomiche comprendenti, da circa il 76 ail'86% in peso di tretraossisilicio, da circa il 12 al 21% in peso di monocarbosilossano e fino a circa 8% in peso di dicarbosilossano, con almeno circa il 3% in peso di carbonio elementare disperso entro la matrice di vetro. Le unità poliatomiche sono legate principalmente da legami silicio-ossigeno con un numero piccolo ed insignificanti di legami tra atomi di carbonio e di ossigeno. The pyrolysis of the treated silica forms a silicon oxycarbon glass which is characterized by a continuous breakdown of electrons between silicon, oxygen and carbon atoms. In silicon oxycarbon glass, silicon atoms are present in up to four polyatomic units. In a unit, here called tetraoxysilicon, one silicon atom is bonded to four carbon atoms. In a second unit, here called monocarboosiloxane, a silicon atom is bonded to three oxygen atoms and one carbon atom. In a third unit, here called dicarboosiloxane, a silicon atom is bonded to two oxygen atoms and two carbon atoms. In a fourth unit, here called tetracarbosiiicon, a silicon atom is bonded to four carbon atoms. When a treated silica formed from the partial condensate of methyltrimethoxysilane and colloidal silica in a ratio of 1.8: 1 is pyrolyzed, a silicon oxycarbon glass is formed having a distribution of polyatomic units comprising, from about 76 to 86% in weight of tretraoxysilicon, from about 12 to 21% by weight of monocarboosiloxane and up to about 8% by weight of dicarboosiloxane, with at least about 3% by weight of elemental carbon dispersed within the glass matrix. Polyatomic units are mainly bonded by silicon-oxygen bonds with a small and insignificant number of bonds between carbon and oxygen atoms.
La seguente descrizione dell'invenzione sarà più facilmente capita facendo riferimento alle figure brevente descritte qui sotto. The following description of the invention will be more easily understood by referring to the patent figures described below.
La figura 1 è un grafico mostrante la perdita di peso durante pirolisi di una silice colloidale trattata con silossanolo. Figure 1 is a graph showing the weight loss during pyrolysis of a colloidal silica treated with siloxanol.
La figura è una rappresentazione grafica dello spettro di risonanza magnetica nucleare di silicio 29 del vetro di ossicarburo di silico formato pirolizzando una silice colloidale trattata con un silossanolo. The figure is a graphical representation of the silicon nuclear magnetic resonance spectrum 29 of silica oxycarbon glass formed by pyrolyzing a colloidal silica treated with a siloxanol.
La figura 3 è una rappresentazione grafica dello spettro di risonanza magnetica nucleare di silicio 29 di carburo di silicio "Nicalon". Figure 3 is a graphical representation of the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon 29 silicon carbide "Nicalon".
I vetri sono generalmente formati da un liquido super raffreddato estremamente viscoso e posseggono una struttura di rete polimerizzata con ordine di breve distanza. 1 vetri di questa invenzione non sono fatti da liquidi super raffreddati, ma posseggono una struttura di rete con ordine a breve distanza. Invece di super raffreddare un liquido, i vetri di questa invenzione sono formati pirolizzando una silice colloidale trattata con silossanolo in atmosfera non ossidante. Tuttavia, i vetri di questa invenzione hanno la caratteristica di ordinamento a breve distanza dei vetri convenzionali. The glasses are generally formed from an extremely viscous supercooled liquid and possess a polymerized network structure with short distance order. The glasses of this invention are not made from super cooled liquids, but possess a network structure with short distance order. Instead of supercooling a liquid, the glasses of this invention are formed by pyrolyzing a colloidal silica treated with siloxanol in a non-oxidizing atmosphere. However, the glasses of this invention have the short distance sorting feature of conventional glasses.
La silice colloidale trattata con silossanolo che può essere usata nella realizzazione della presente invenzione comprende una dipsersione di silice colloidale nel condensato parziale di un stianolo della formula RSi(OH)3, dove R è un radicale idrocarburo monovalente avente da circa 1 a 12 atomi di carbonio come un aloidrocarburo, un alchile C(1-12) un arile C( -612)’ 0 un estere come un metacrilato o acrilato; almeno il 70% in peso del stianolo essedo metiltriidrossisilano. Una silice colloidale trattata con il condensato parziale può essere asciugata per formare una polvere, o la silice trattata può essere diluita in una soluzione di alcool alifatico e acqua contenente da circa il 10 al 50% in peso di parti solide, le parti solide consistendo essenzialmente dal 10 al 70% in peso di silice colloidale e dal 30% al 90% in peso del condensato parziale, la composizione avendo un pH da 3,5 a 8,0. The colloidal silica treated with siloxanol which can be used in the practice of the present invention comprises a dipsersion of colloidal silica in the partial condensate of a stianol of the formula RSi (OH) 3, where R is a monovalent hydrocarbon radical having from about 1 to 12 atoms of carbon such as a halohydrocarbon, a C (1-12) alkyl, a C (-612) 'aryl, or an ester such as a methacrylate or acrylate; at least 70% by weight of the stianol essedo methyltrihydroxy silane. A colloidal silica treated with the partial condensate can be dried to form a powder, or the treated silica can be diluted in a solution of aliphatic alcohol and water containing about 10 to 50% by weight of solid parts, the solid parts essentially consisting from 10 to 70% by weight of colloidal silica and from 30% to 90% by weight of the partial condensate, the composition having a pH of 3.5 to 8.0.
La silice colloidale trattata può essere preparata idrolizzando un trialcossisilano o una miscela di trialcossisilani della formula RSi(OR’)3, in cui R è come precedentemente definito, e R’ è un radicale alchilico in presenza di una dispersione acquosa di silice colloidale. The treated colloidal silica can be prepared by hydrolyzing a trialkoxysilane or a mixture of trialkoxysilanes of the formula RSi (OR ') 3, in which R is as previously defined, and R' is an alkyl radical in the presence of an aqueous dispersion of colloidal silica.
Opportune dispersioni acquose di silice colloidale generalmente hanno dimensioni di particelle da 5 a 150 millimicron di diametro. Queste dispersioni di silice sono note nella tecnica e quelle disponibili commercialmente comprendono, per esempio, quelle vendute sotto il marchio di Ludox (DuPont) e Nalcoag (NALCO Chemical Co.). Tali silici colloidali sono disponibili come idrosol acidi e basici. Si preferiscono silici colloidali aventi dimensioni medie di particelle da 5 a 25 millimicron. Una particolarmente preferita per il presenti scopi è nota come Ludox AS-40, venduto dalla DuPont Company. Suitable aqueous dispersions of colloidal silica generally have particle sizes from 5 to 150 millimicron in diameter. These silica dispersions are known in the art and those commercially available include, for example, those sold under the brand names of Ludox (DuPont) and Nalcoag (NALCO Chemical Co.). Such colloidal silicas are available as acidic and basic hydrosols. Colloidal silicas having an average particle size of 5 to 25 millimicrons are preferred. A particularly preferred one for the present purposes is known as Ludox AS-40, sold by the DuPont Company.
Nel preparare la composizione di silice colloidale trattata, la dispersione acquosa di sìlice colloidale è aggiunta ad un alchiltrioalcossisilano o ad un l'ariltrialcossisilano che può contenere un agente tamponante, come acido acetico, alternativamenteìalchitriacetossisilano può essere usato a posto degli alcossisilani come acido. Se desiderato, piccole quantità di dialchidialcossisilano possono anche essere utilizzate nella miscela di reazione. La temperatura della miscela di reazione è mantenuta tra circa 20°C e circa 40°C e di preferenza al di sotto di 25°C. Si è trovato che in circa tra 6 e8 ore sufficiente trialcossisilano ha reagito per ridurre la miscela liquida iniziale in due fasi ad una singola fase liquida in cui è dispersa la silice. In preparing the treated colloidal silica composition, the aqueous dispersion of colloidal silica is added to an alkyltrioalkoxysilane or an aryltrialkoxysilane which may contain a buffering agent, such as acetic acid, alternatively alkitriacetoxysilane can be used in place of the alkoxysilanes as acid. If desired, small amounts of dialkidyalkoxysilane can also be used in the reaction mixture. The temperature of the reaction mixture is maintained between about 20 ° C and about 40 ° C and preferably below 25 ° C. It was found that in about 6 to 8 hours sufficient trialkoxysilane reacted to reduce the initial two-phase liquid mixture to a single liquid phase in which the silica is dispersed.
In generale, la reazione di idrolisi è lasciata continuare per un totale da circa 12 a 48 ore, a seconda della viscosità desiderata del prodotto finale. Per più tempo si lascia continuare la reazione di idrolisi, più alta sarà la viscosità della dispersione di silice colloidale. In general, the hydrolysis reaction is allowed to continue for a total of about 12 to 48 hours, depending on the desired viscosity of the final product. The longer the hydrolysis reaction is allowed to continue, the higher the viscosity of the colloidal silica dispersion will be.
Dopo che l’idrolisi è stata completata, il contenuto di solidi è regolato mediante raggiunta di alcool, di preferenza isopropanolo, alla dispersione di silice colloidale. Altri adatti alcooli per questo scopo comprendono alcooli alifatici inferiori come metanolo, etanolo, isobutanolo, isopropanolo, alcool n-butilico e alcool t-butilico o loro miscele. Quando si desidera usare una silice colloidale trattata in cui il condensato parziale è in soluzione, il sistema solvente può contenere da circa 20 al 75% in peso di alcool. After the hydrolysis has been completed, the solids content is adjusted by adding alcohol, preferably isopropanol, to the dispersion of colloidal silica. Other suitable alcohols for this purpose include lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, isobutanol, isopropanol, n-butyl alcohol and t-butyl alcohol or mixtures thereof. When it is desired to use a treated colloidal silica in which the partial condensate is in solution, the solvent system may contain from about 20 to 75% by weight of alcohol.
Il pH della risultante composizione reagita è nella gamma da circa 3,5 a 8,0, di preferenza da circa 6,6 a circa 7,8 o da 3,8 a 5,7. Se necessario, una base diliuta, come idrosido di ammonio, o un acido debole, come acido acetico, possono essere aggiunti alla composizione per regolare il pH alla gamma desiderata The pH of the resulting reacted composition is in the range of about 3.5 to 8.0, preferably about 6.6 to about 7.8 or 3.8 to 5.7. If necessary, a dilute base, such as ammonium hydroxide, or a weak acid, such as acetic acid, can be added to the composition to adjust the pH to the desired range.
L’acido è usato per tamponare la basicità della miscela iniziale di reazione in due fasi liquide e quindi moderare anche il grado di idrolisi. Si può usare acido Acetico glaciale e anche altri acidi come acidi organici del tipo di acido propionico, butirrico, citrico, benzoico, formico, ossalico e simili . Si possono usare alchiltriacetossisilani dei quali il gruppo alchilico contiene da 1 a 6 atomi di carbonio, i gruppi alchilici aventi da 1 a 3 atomi di carbonio essendo preferiti. Il massimamente preferito è trimetiltriacetossisilano. The acid is used to buffer the basicity of the initial reaction mixture in two liquid phases and therefore also moderate the degree of hydrolysis. Glacial acetic acid and also other acids such as organic acids such as propionic, butyric, citric, benzoic, formic, oxalic and the like can be used. Alkyltriacetoxysilanes of which the alkyl group contains 1 to 6 carbon atoms can be used, alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms being preferred. Most preferred is trimethyltriacetoxysilane.
I silantrioli, RSi(OH)^, qui sopra indicati, sono formati come risultato deiridrolisi dei corrispondenti trialcossisilani con il mezzo acquoso, cioè la dipsersione acquosa di silice colloidale. Trialcossisilani esemplificativi sono quelli contenenti sostituenti metossi, etossi, isopropossi e n-butossi che, per idrolisi formano il silantriolo e il corrispondente alcool; Se viene impiegata una miscela di trialcossisilani, si produce una miscela di differenti siliantrioli, come anche di differenti alcooli. A seguito della produzione del siliantriolo o di miscele di silantrioli nel mezzo acquoso basico, capita condensazione dei sostituenti ossidrili a formare il legame The silantriols, RSi (OH) ^, indicated above, are formed as a result of the hydrolysis of the corresponding trialkoxysilanes with the aqueous medium, i.e. the aqueous dispersion of colloidal silica. Exemplary tryalkoxysilanes are those containing methoxy, ethoxy, isopropoxy and n-butoxy substituents which, by hydrolysis, form silantriol and the corresponding alcohol; If a mixture of trialkoxysilanes is used, a mixture of different silylantriols is produced, as well as of different alcohols. Following the production of silantriol or mixtures of silantriols in the basic aqueous medium, condensation of the hydroxyl substituents occurs to form the bond
La porzione di parti solide non volatili della silice colloidale trattata è qui una miscela di silice colloidale e del condensato parziale o silossanolo, di un silanolo. La porzione maggiore o tutto il condensato parziale o silossanolo viene ottenuta dalla condensazione di metiltriidrossisilano e, a seconda dell'introduzione di ingredienti nella reazione di idrolisi, porzioni minori del condensato parziale possono essere ottenuti, per esempio, dalla condensazione di metiltriidrossisilano con etiltriidrossisilano o propiltridrossisilano; metiltriidrossisilano con C6H5Si(OH)3, o miscele dei precedenti. Si preferisce usare tutto metiltrimetossisilano, producendo tutto metilsilantriolo, nel preparare composizioni di silice colloidale trattata che possono essere asciugate a formare una polvere o sciolte in un solvente cosicché il condensato parziale sia presente in una quantità tra circa il 55 e 75% in peso dei solidi totali in un cosolvente di alcool e acqua, l'alcool formando da circa il 50 al 95% in peso del cosolvente. The non-volatile solid portion of the treated colloidal silica is here a mixture of colloidal silica and the partial condensate, or siloxanol, of a silanol. The major portion or all of the partial condensate or siloxanol is obtained from the condensation of methyltrihydroxysilane and, depending on the introduction of ingredients into the hydrolysis reaction, minor portions of the partial condensate can be obtained, for example, from the condensation of methyltrihydroxysilane with ethyl trihydroxy silane or propyltrhydroxy silane. ; methyltrihydroxysilane with C6H5Si (OH) 3, or mixtures of the above. It is preferred to use all methyltrimethoxysilane, producing all methylsilantriol, in preparing processed colloidal silica compositions which can be dried to form a powder or dissolved in a solvent so that the partial condensate is present in an amount between about 55 and 75% by weight of the solids. totals in a cosolvent of alcohol and water, the alcohol forming about 50 to 95% by weight of the cosolvent.
II vetro di ossicarburo di silicio è formato per pirolisi della silice colloidale trattata con silossanolo in atmosfera non ossidante a temperature tra 900 e 1600°C. Di preferenza, il grado di riscaldamento durante la pirolisi è controllato per consentire ai sottoprodotti di pirolisi di svolgersi senza lasciare vuoti o bolle nel vetro di ossicarburo di silicio. The silicon oxycarbon glass is formed by pyrolysis of colloidal silica treated with siloxanol in a non-oxidizing atmosphere at temperatures between 900 and 1600 ° C. Preferably, the degree of heating during pyrolysis is controlled to allow the pyrolysis byproducts to unfold without leaving voids or bubbles in the silicon oxycarbon glass.
Di preferenza si usano velocità di riscaldamento minori di circa 1°C al minuto. Durante la pirolisi, si svolgono sottoprodotti e provocano una perdita di peso mentre si addensa la silice trattata. Benché la silice trattata pirolizzante subisca una perdita di peso, la densità della silice trattata pirolizzante viene aumentata a causa di una riduzione in volume della medesima sìlice trattata prilizzata. Le reazioni di pirolisi sono essenzialmente complete quando venne ottenuto un peso sostanzialmente costante nella silice trattata pirolizzata. Un peso sostanzialmente costante si ottiene in generale tra circa 900 e 1250°C. Ulteriore addensamento della silice trattata pirolizzata può Capitare dopo che è finita la perdita di peso se si continua il riscaldamento. Pericò, può essere desiderabile arrestare riscaldamento e pirolizzazione della silice trattata dopo che è stata completamente addensata, in altre parole si arresta la riduzione di volume. La perdita di peso durante pirolisi di una silice trattata venne determinata pari a circa il 14 percento. I vetri di questa invenzione resistono alla devetrificazione e rimangono strutturalmente stabili a temperature fino ad almeno 1600°C. Il termine "Strutturalmente stabile" riguarda un materiale in massa che mantiene essenzialmente la medesima microstruttura da temperatura ambiente fino a circa 1600°C. La formazione di piccole zone cristallizzate fino circa 100 Angstrom in una matrice altrimenti amorfa non ha sostanzialmente effetti avversi o dannosi sulle proprietà del materiale in massa. Perciò, vetri strutturalmente stabili della presente invenzione sono essenzialmente amorfi, ma possono contenere piccole zone cristallizzate di, per esempio, grafite, cristobalite, o carburo di silicio entro il vetro, o mostrano quantità minori di cristobalite sulle superfici del vetro. Preferably, heating rates lower than about 1 ° C per minute are used. During pyrolysis, byproducts unfold and cause weight loss as the treated silica thickens. Although the pyrolyzed treated silica undergoes a weight loss, the density of the pyrolyzed treated silica is increased due to a reduction in volume of the same pre-treated treated silica. The pyrolysis reactions are essentially complete when a substantially constant weight has been obtained in the pyrolyzed treated silica. A substantially constant weight is generally obtained between about 900 and 1250 ° C. Further thickening of the pyrolyzed treated silica can happen after the weight loss is over if you continue heating. However, it may be desirable to stop heating and pyrolyzing of the treated silica after it has been fully thickened, in other words, the reduction in volume is stopped. The weight loss during pyrolysis of a treated silica was determined to be about 14 percent. The glasses of this invention resist devitrification and remain structurally stable at temperatures up to at least 1600 ° C. The term "Structurally stable" refers to a bulk material which essentially maintains the same microstructure from room temperature up to about 1600 ° C. The formation of small crystallized zones up to about 100 Angstroms in an otherwise amorphous matrix has substantially no adverse or detrimental effects on the properties of the bulk material. Therefore, structurally stable glasses of the present invention are essentially amorphous, but may contain small crystallized zones of, for example, graphite, cristobalite, or silicon carbide within the glass, or show minor amounts of cristobalite on the glass surfaces.
Oggetti di vetro di ossicarburo di silicio possono essere formati polverizzando la silice trattata pirolizzata in una polvere usando mole abrasive note nella tecnica. La polvere di ossicarburo di silicio viene quindi consolidata mediante pressatura a caldo per formare un oggetto. Un modo per pressare a caldo è di applicare una pressione assiale di almeno circa 34,45 MPa (5 ksi) a circa tra 1550°C e 1600°C alla polvere. L’unità ksi è l’equivalente di 1000 libbre per pollice quadrato. Tali pressioni e temperature sono sufficienti a formare un oggetto addensato. Silicon oxycarbon glass objects can be formed by pulverizing the pyrolyzed treated silica into a powder using abrasive wheels known in the art. The silicon oxycarbon powder is then consolidated by hot pressing to form an object. One way to hot pressing is to apply an axial pressure of at least about 34.45 MPa (5 ksi) at about 1550 ° C to 1600 ° C to the powder. The ksi unit is the equivalent of 1000 pounds per square inch. Such pressures and temperatures are sufficient to form a thickened object.
Oggetti sagomati possono anche essere formati direttamente dalla silice trattata. Prima la silice trattata viene posta in soluzione in un solvente, come isopropanolo e quindi colata in una forma desiderata. Illustrativi dei solventi che sono stati trovati adatti per portare la silice in soluzione sono alcooli alifatici inferiori come metanolo, etanolo, isobutanolo alcool n-butilico e alcool t-butilico o loro miscele, o di preferenza isopropanolo. Silici trattate possono essere sciolte in circa dal 20 al 75% in peso di solvente. Shaped objects can also be formed directly from the treated silica. First the treated silica is dissolved in a solvent, such as isopropanol and then poured into a desired shape. Illustrative of the solvents which have been found suitable for bringing the silica into solution are lower aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, isobutanol, n-butyl alcohol and t-butyl alcohol or their mixtures, or preferably isopropanol. Treated silicas can be dissolved in about 20 to 75% by weight of solvent.
La silice trattata colata viene asciugata a temperatura ambiente e lentamente pirolizzata in atmosfera non ossidante, come qui descritto. La pirolisi viene eseguita a bassa velocità di riscaldamento che evita formazione di vuoti e bolle quando si svolge gas e provoca una perdita di peso nella silice trattata. Quando il peso della silice trattata pirolizzata si stabilizza, la pirolisi è completa. Alternativamente, la silice trattata, che è normalmente nella forma di una polvere, può essere sagomata per pressatura a caldo. The cast treated silica is dried at room temperature and slowly pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere, as described herein. Pyrolysis is performed at a low heating rate which avoids the formation of voids and bubbles when gas is unwound and causes a weight loss in the treated silica. When the weight of the pyrolyzed treated silica stabilizes, the pyrolysis is complete. Alternatively, the treated silica, which is normally in the form of a powder, can be shaped by hot pressing.
La silice trattata in soluzione di isopropanolo può anche essere tirata in fibre. La soluzione di silice trattata viene trattata con una base come idrossido di ammonio per aumentare la viscosità ad un punto in cui un oggetto solido può essere tuffato nella soluzione e ritirato, tirando un trefolo di silice trattata dalla soluzione. Fibre possono quindi essere aspirate o tirate dalla soluzione di silice trattata mediante tali processi di immersione. Alternativamente, la soluzione di silice trattata può essere aspirata in un tubo di teflon con un leggero vuoto. Dato l’isopropanolo evapora e la soluzione di silice trattata aumenta di viscosità, la fibra si ritira e viene tirata fuori dal tubo. Fibre sono irrobustite per una più facile manipolazione riscaldandole a circa a 50°C. Le fibre sono quindi pirolizzate in atmosfera non ossidante o nel vuoto, come sopra descritto. Silica treated in isopropanol solution can also be pulled into fibers. The treated silica solution is treated with a base such as ammonium hydroxide to increase viscosity to a point where a solid object can be dipped into the solution and withdrawn, pulling a strand of treated silica from the solution. Fibers can then be sucked or pulled from the treated silica solution by such dipping processes. Alternatively, the treated silica solution can be sucked into a Teflon tube with a slight vacuum. Given the isopropanol evaporates and the treated silica solution increases in viscosity, the fiber shrinks and is pulled out of the tube. Fibers are strengthened for easier handling by heating them to approximately 50 ° C. The fibers are then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum, as described above.
Si possono formare compositi ceramici aventi fibre ceramiche in una matrice di vetro di ossicarburo di silicio e di carica ceramica. La silice trattata viene posta in soluzione in un solvente e le particelle ceramiche sono disperse nella soluzione per formare una poltiglia infiltrante. La carica ceramica in particelle controlla il ritiro della matrice composta durante la pirolisi e può essere scelta in modo che la matrice sia compatibile con il rinforzo di fibre da usare. Alcuni esempi di cariche ceramiche sono carburo di silicio polverizzato farina fossile e alluminosilicato 2SiO2Al2O3 chiamato munite. Una fibra o fibre ceramiche, o un panno delle fibre viene trascinato attraverso un bagno agitato della poltiglia infiltrante. Alcuni esempi di fibre ceramiche sono fibra di carbone, fibra di carburo di silicio e fibre di alluminoborosilicato. La fibra impregnata viene quindi sagomata e asciugata per consentire evaporazione del solvente. Un metodo di sagomatura comprende avvolgere una fibra impregnata a spirale su un tamburo per formare un pannello. Strati delle fibre possono essere consolidati mediante applicazione di calore e pressione per formare una matrice continua di silice trattata circondante le fibre ceramiche. La composizione viene quindi pirolizzata in atmosfera non ossidante o nel vuoto, come sopra descritto. La silice trattata si densifica in un vetro sostanzialmente amorfo di ossicarburo di silicio che lega la carica ceramica, formando quindi una matrice continua attorno alle fibre. A seconda della temperatura di pirolisi usata, la carica ceramica può essere dispersa, parzialmente sinterizzata o completamente sinterizzata entro il vetro. Ceramic composites having ceramic fibers in a silicon oxycarbon and ceramic filler glass matrix can be formed. The treated silica is dissolved in a solvent and the ceramic particles are dispersed in the solution to form an infiltrating slurry. The ceramic particle filler controls the shrinkage of the compound matrix during pyrolysis and can be chosen so that the matrix is compatible with the fiber reinforcement to be used. Some examples of ceramic fillers are powdered silicon carbide diatomaceous earth and 2SiO2Al2O3 aluminosilicate called munite. A ceramic fiber or fibers, or a cloth of the fibers is drawn through a stirred bath of the infiltrating slurry. Some examples of ceramic fibers are carbon fiber, silicon carbide fiber, and aluminoborosilicate fibers. The impregnated fiber is then shaped and dried to allow evaporation of the solvent. One shaping method comprises wrapping a spiral impregnated fiber onto a drum to form a panel. Fiber layers can be consolidated by applying heat and pressure to form a continuous matrix of treated silica surrounding the ceramic fibers. The composition is then pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum, as described above. The treated silica densifies into a substantially amorphous glass of silicon oxycarbon which binds the ceramic filler, thus forming a continuous matrix around the fibers. Depending on the pyrolysis temperature used, the ceramic filler can be dispersed, partially sintered or completely sintered within the glass.
Facoltativamente, il composito ceramico può essere reinfiltrato con la poltiglia infiltrante per ridurre la porosità nel composito. Il composito è piazzato nella soluzione reinfiltrante sotto vuoto. Viene applicata pressione alla soluzione per spingere la soluzione nei pori del composito. Dopo reinfiltramento, il solvente è lasciato evaporare e il composito reinfiltrato è pirolizzato in atmosfera non ossidante o nel vuoto, come sopra descritto. Reinfiltrazione e pirolisi possono essere ripetute tante volte quando necessario per ottenere il desiderato grado di densità nella matrice. Optionally, the ceramic composite can be reinfiltered with the infiltrating slurry to reduce porosity in the composite. The composite is placed in the re-infiltrating solution under vacuum. Pressure is applied to the solution to push the solution into the pores of the composite. After re-infiltration, the solvent is allowed to evaporate and the re-infiltrated composite is pyrolyzed in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum, as described above. Reinfiltration and pyrolysis can be repeated as many times as necessary to achieve the desired degree of density in the matrix.
La matrice di vetro amorfo di ossicarburo di silicio legante una carica ceramica circonda e protegge le fibre ceramiche da decomposizione in atmosfere ossidanti e riducenti a temperature fino a circa 1600°C. Si è trovato che la natura inerte del vetro di ossicarburo di silicio accetta facilmente fibre ceramiche senza reagire con le medesime e degradare le loro proprietà. Come risultato, un vetro di ossicarburo di silicio contenente cariche ceramiche può essere usato come materiale di matrice per parecchie note fibre ceramiche. The amorphous silicon oxycarbon glass matrix binding a ceramic charge surrounds and protects the ceramic fibers from decomposition in oxidizing and reducing atmospheres at temperatures up to about 1600 ° C. It has been found that the inert nature of silicon oxycarbon glass readily accepts ceramic fibers without reacting with them and degrading their properties. As a result, a silicon oxycarbon glass containing ceramic fillers can be used as the matrix material for several known ceramic fibers.
I seguenti esempi sono offerti per illustrare ulteriormente il vetro di ossicarburo di silicio di questa invenzione e metodi per produrre il vetro e gli articoli di vetro. The following examples are offered to further illustrate the silicon oxycarbon glass of this invention and methods of making the glass and glassware.
ESEMPIO 1 EXAMPLE 1
La composizione di silice colloidale trattata con silossanolo comprendente il condensato parziale derivato da metiltrimetossisilano e silice colloidale in un rapporto in peso di 1,8:1 venne pirolizzata mentre venne misurata la perdita di peso dalla silice trattata mediante analisi termogravimetrica. L'analisi termogravimetrica è un metodo per misurare perdite di peso da un campione mentre viene riscaldato. Il materiale venne pirolizzato in atmosfera di idrogeno riscaldandolo ad una velocità di 10°C al minuto fino ad una temperatura di 1250°C. La perdita di peso misurata di ossicarburo di silicio formato dopo la pirolisi era di circa il 14 percento. The siloxanol-treated colloidal silica composition comprising the partial condensate derived from methyltrimethoxysilane and colloidal silica in a weight ratio of 1.8: 1 was pyrolyzed while the weight loss from the treated silica was measured by thermogravimetric analysis. Thermogravimetric analysis is a method of measuring weight losses from a sample as it is heated. The material was pyrolyzed in a hydrogen atmosphere by heating it at a rate of 10 ° C per minute up to a temperature of 1250 ° C. The measured weight loss of silicon oxycarbon formed after pyrolysis was approximately 14 percent.
I dati di perdita dì peso da pirolisi della silice trattata sono presentati nel grafico di figura 1. Nel grafico di figura 1, la perdita percentuale di peso nel campione è tracciata sull’ordinata, mentre l’aumento di temperatura di riscaldamento è tracciato sull'ascissa. Il grafico di figura I mostra che la perdita di peso è essenzialmente completa nel campione a circa 900°C. Non fu trovata sostanzialmente testimonianza di cristallizzazione per diffrazione di raggi X del materiale pirolizzato. The pyrolysis weight loss data of the treated silica are presented in the graph of figure 1. In the graph of figure 1, the percentage weight loss in the sample is plotted on the ordinate, while the heating temperature increase is plotted on the abscissa. The graph of figure I shows that the weight loss is essentially complete in the sample at about 900 ° C. Substantially no evidence of crystallization by X-ray diffraction of the pyrolyzed material was found.
La composzione di differenti vetri può essere definita largamente facendo riferimento alla quantità di ciascun elemento nel vetro. Tuttavia, è l’ordine a breve distanza nei vetri che dà a loro le loro differenti proprietà. Perciò, caratterizzando l’ordinamento a breve distanza nei vetri, si possono definire differenti composizioni di vetro rispetto alle proprietà. L'ordinamento a breve distanza del vetro di ossicarburo di silicio preparato neU’esempio 1 è determinato definendo la percentuale di ciascuna delle unità poliatomiche; monocarbosilossano, dicarbosilossano e tetraossisilicio che sono presenti nel vetro. The composition of different glasses can be broadly defined by referring to the amount of each element in the glass. However, it is the order at a short distance in the glasses that gives them their different properties. Therefore, by characterizing the short-distance sorting in glasses, different compositions of glass can be defined with respect to properties. The short-distance ordering of the silicon oxycarbon glass prepared in Example 1 is determined by defining the percentage of each of the polyatomic units; monocarboosiloxane, dicarboxiloxane and tetraoxysilicon which are present in the glass.
lo spettro di risonanza magnetica nucleare di silicio 29 allo stato solido del vetro di ossicarburo di silicio sopra preparato venne registrato ed è presentato in figura 2. La figura 3 è lo spettro di risonanza magnetica nucleare di silicio 29 da un campione di fibre di carburo di silicio "Nicalon”. Sull'ordinata delle figure 2 e 3 è tracciata l’intesnità di radiazione misurata dal campione citato e sull'ascissa sono tracciate le parti per millione (ppm) di spostamento chimico da uno standard di tetrametil silicio che fissa il punto di zero dell'ascissa. Gli spostamenti chimici in ppm sono noti per parecchie unità poliatomiche, per esempio tetraossisilicio, dicarbosilossano e monocarbosilossano sono mostrati in ’NMR Basic Principles and Progress 29SNMR Spetroscopic Results", redattori P. Diehl, R. Kosfeld, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1981 a pagine 186, 184 e 178. Perciò ciascun picco nelle figure 2 e 3 definisce l'ordinamento a breve distanza di particolari unità poliatomiche di silicio. the solid state silicon nuclear magnetic resonance spectrum 29 of the silicon oxycarbon glass prepared above was recorded and is presented in Figure 2. Figure 3 is the nuclear magnetic resonance spectrum of silicon 29 from a sample of carbide fibers of "Nicalon" silicon. The radiation intensity measured by the cited sample is plotted on the ordinate of Figures 2 and 3 and the parts per million (ppm) of chemical displacement from a tetramethyl silicon standard that fixes the point are plotted on the abscissa of zero of the abscissa. Chemical shifts in ppm are known for several polyatomic units, for example tetraoxysilicon, dicarbosiloxane and monocarbosiloxane are shown in 'NMR Basic Principles and Progress 29SNMR Spetroscopic Results ", editors P. Diehl, R. Kosfeld, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1981 on pages 186, 184 and 178. Thus each peak in Figures 2 and 3 defines the short-distance ordering of particular polyatomic units of silicon.
Lo spettro del vetro di ossicarburo di silicio di figura 2' contiene picchi indicati da 1 a 3. Il picco 1 è dicarbosilossano, il piccolo è monocarbosilossano e il picco 3 tetraossisilicio. Integrando l'area sotto ciascun picco, si può determinare la frazione di ciascuna di queste unità poliatomiche che è presente nel vetro. Una correzione per interferenza di fondo venne fatta agli spettri delle figure 2 e 3 prima di determinare l’area integrata sotto ciascun picco. The spectrum of the silicon oxycarbon glass of Figure 2 'contains peaks indicated from 1 to 3. Peak 1 is dicarboosiloxane, the small one is monocarboosiloxane and the peak 3 tetraoxysilicon. By integrating the area under each peak, the fraction of each of these polyatomic units that is present in the glass can be determined. A correction for background interference was made to the spectra of Figures 2 and 3 before determining the integrated area under each peak.
L’area integrata sotto ciascun picco di figura 2 rivela una composizione per il vetro di ossicarburo di silicio preparato come sopra descritto comprendente, fino a circa Γ8% in peso di dicarbosilossano, da circa l’l l% al 21% in peso di monocarbosilossano e da circa il 76 all'86% in peso di tetraossisilicio. L’analisi degli spettri di risonanza magnetica nucleare e l'aspetto nero del vetro indicano che almeno circa il 3% in peso di carbonio elementare è disperso nel vetro atomicamente o in piccoli ammassi. The integrated area under each peak of Figure 2 reveals a composition for the silicon oxycarbon glass prepared as described above comprising, up to about Γ8% by weight of dicarboosiloxane, from about 11% to 21% by weight of monocarboxiloxane. and about 76 to 86% by weight of tetraoxysilicon. The analysis of the nuclear magnetic resonance spectra and the black appearance of the glass indicate that at least about 3% by weight of elemental carbon is atomically dispersed in the glass or in small clusters.
Silici colloidali trattate aventi svariati rapporti di silossanolo rispetto a silice colloidale possono essere pirolizzati per formare vetri di ossicarburo di silicio. Si prevede che silici colloidali trattate aventi un rapporto tra silossanolo e silice colloidale che sia maggiore di 1,8:1 avranno un minor contenuto di tetraois'isilicio che è nella parte inferiore della gamma da 76 all’86% sopra descritto, o più in basso. All’inverso, silici colloidali trattate aventi un rapporto di silossanolo a silice colloidale che è minore di 1,8:1 si prevede che abbiano un maggiore contenuto di tetraossisilico, che è nella parte superiore della gamma dal 76 all’86% o più. Treated colloidal silicas having various ratios of siloxanol to colloidal silica can be pyrolyzed to form silicon oxycarbon glasses. Processed colloidal silicas having a siloxanol to colloidal silica ratio that is greater than 1.8: 1 are expected to have a lower tetraoisilicon content which is in the lower end of the 76 to 86% range described above, or more in low. Conversely, treated colloidal silicas having a siloxanol to colloidal silica ratio that is less than 1.8: 1 are expected to have a higher tetraoxysyl content, which is in the upper part of the range from 76 to 86% or more.
Gli spettri di figura 2 possono essere paragonati agli spettri di carburo di silicio di figura 3 misurati da un campione di fibra di carburo di silicio "Nicalon". La composizione per "Nicalon" di figura 3 in percentuale in peso, è circa il 68% di carburo di silicio, circa 8% di dicarbosilossano, circa il 17% di monocarbosilossano e circa il 7% di tetraossisilicio. Negli spettri di figura 3 si può vedere che le fibre di "Nicalon" sono formate principalmente da carburo di silicio con quantità minori di carbosilossano, monocarbosilossano e tetraossisilicio. Al contrario, gli spettri di figura 2 mostrano che vetro di ossicarburo di silicio è formato da quantità sostanziali di dicarbosilossano, monocarbosilossano e tetraossisilicio. Questo unico ordinamento su breve distanza del vetro di ossicarburo di silicio che lega carbonio a silicio in un modo prima d'ora sconosciuto nei vetri, fornisce la maggiore resistenza alla devetrificazione e alla decomposizione e caratterizza i vetri di questa favenzione. The spectra of Figure 2 can be compared to the silicon carbide spectra of Figure 3 measured from a sample of "Nicalon" silicon carbide fiber. The composition for "Nicalon" of figure 3 in percentage by weight, is about 68% of silicon carbide, about 8% of dicarboosiloxane, about 17% of monocarboosiloxane and about 7% of tetraoxysilicon. In the spectra of figure 3 it can be seen that the fibers of "Nicalon" are mainly formed of silicon carbide with minor amounts of carboxy-siloxane, monocarboxy-siloxane and tetraoxysilicon. In contrast, the spectra of FIG. 2 show that silicon oxycarbon glass is formed from substantial amounts of dicarboosiloxane, monocarboosiloxane and tetraoxysilicon. This unique short-range ordering of silicon oxycarbon glass which binds carbon to silicon in a way previously unknown in glass provides the greatest resistance to devitrification and decomposition and characterizes the glasses of this favention.
La' composizione del campione di vetro di ossicarburo di silicio e del campione di Nicalon può anche essere descritta considerando la percentuale in moli di ciascuna unità poliatomica. La tabella I qui sotto fornisce la conversione tra percentuale in moli e in percentuale in peso di ciascuna di queste composizioni. The composition of the silicon oxycarbon glass sample and the Nicalon sample can also be described by considering the mol percent of each polyatomic unit. Table I below provides the conversion between mol percent and weight percent of each of these compositions.
La percentuale in moli dà la percentuale di ciascuna unità poliatomica nei campioni su una base molecolare. La percentuale degli atomi di silicio nei campioni che viene legata all’ossigeno o a carbonio può essere determinata usando la percentuali in moli. Il campione di vetro di ossicarburo di silicio dall’esempio 1, ha da circa il 16 a 26% di atomi di silicio del vetro legato ad almeno un singolo atomo di carbonio. Il campione di carburo di silicio "Nicalon" ha da circa il 90 al 100% degli atomi di silicio nel campione legati a carbonio. The mol percent gives the percentage of each polyatomic unit in the samples on a molecular basis. The percentage of silicon atoms in the samples that is bonded to oxygen or carbon can be determined using the percentages in moles. The silicon oxycarbon glass sample from example 1, has from about 16 to 26% of silicon atoms of the glass bonded to at least one single carbon atom. The "Nicalon" silicon carbide sample has about 90 to 100% of the silicon atoms in the sample bonded to carbon.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US43905989A | 1989-11-20 | 1989-11-20 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
IT9022117A0 IT9022117A0 (en) | 1990-11-20 |
IT9022117A1 true IT9022117A1 (en) | 1992-05-20 |
IT1243923B IT1243923B (en) | 1994-06-28 |
Family
ID=23743116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
IT02211790A IT1243923B (en) | 1989-11-20 | 1990-11-20 | PREPARATION OF SILICON OXYCARBON GLASS FROM COLLOIDAL SILICA TREATED WITH SILOXANOLS |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03197334A (en) |
CA (1) | CA2021614A1 (en) |
DE (1) | DE4034996A1 (en) |
FR (1) | FR2654718A1 (en) |
GB (1) | GB2238307A (en) |
IT (1) | IT1243923B (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19951375A1 (en) * | 1999-10-26 | 2001-05-17 | Fraunhofer Ges Forschung | Glassy inorganic solid, process for the production of such a solid and its use |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3378431A (en) * | 1967-03-20 | 1968-04-16 | Pfaudler Permutit Inc | Method of making carbon-containing glass and product thereof |
US3898090A (en) * | 1974-06-24 | 1975-08-05 | Dow Corning | Foundry mold and core compositions |
DE3381515D1 (en) * | 1982-10-29 | 1990-06-07 | Dow Corning | PRECURSOR FOR CARBON-CONTAINING MONOLITHIC GLASSES. |
-
1990
- 1990-07-19 CA CA002021614A patent/CA2021614A1/en not_active Abandoned
- 1990-10-29 GB GB9023473A patent/GB2238307A/en not_active Withdrawn
- 1990-11-03 DE DE4034996A patent/DE4034996A1/en not_active Withdrawn
- 1990-11-16 FR FR9014254A patent/FR2654718A1/en not_active Withdrawn
- 1990-11-16 JP JP2308991A patent/JPH03197334A/en active Pending
- 1990-11-20 IT IT02211790A patent/IT1243923B/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IT9022117A0 (en) | 1990-11-20 |
JPH03197334A (en) | 1991-08-28 |
GB2238307A (en) | 1991-05-29 |
CA2021614A1 (en) | 1991-05-21 |
GB9023473D0 (en) | 1990-12-12 |
IT1243923B (en) | 1994-06-28 |
DE4034996A1 (en) | 1991-05-23 |
FR2654718A1 (en) | 1991-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5180694A (en) | Silicon-oxy-carbide glass method of preparation and articles | |
Lu et al. | Growth of SiC nanorods at low temperature | |
EP0787112B1 (en) | Composition containing an aerogel, method of producing said composition and the use thereof | |
Rabinovich et al. | Preparation of High‐Silica Glasses from Colloidal Gels: I, Preparation for Sintering and Properties of Sintered Glasses | |
JP3040278B2 (en) | Method for producing product made of high silica glass | |
US20050220692A1 (en) | Sintered materials | |
IT9020456A1 (en) | SILICON OXYCARBON GLASS AND OBJECTS MADE WITH THE SAME | |
IT9021013A1 (en) | SILICON OXYCARBON CELL GLASS FROM FOAM SILICON RESINS | |
JP2003508334A (en) | Highly-filled SiO2 dispersion, process for its preparation and its use | |
EP0310486B1 (en) | A method for the preparation of silica glass | |
JP2971457B2 (en) | Silica glass composition and method for producing silica glass using the same | |
JP2008280193A (en) | Method for producing mesoporous silica fine particle, coating liquid for forming silica-based coating film, and silica-based coating film | |
CA2293996C (en) | Composition for production of silica glass using sol-gel process | |
IT9021930A1 (en) | TRANSLUCENT SILICON OXYCARBON GLASS AND OBJECTS MADE WITH THE SAME | |
JP3715167B2 (en) | Method for producing sol-gel product | |
IT9022117A1 (en) | PREPARATION OF SILICON OXYCARBON GLASS FROM COLLOIDAL SILICA TREATED WITH SILOXANOLS | |
Zhu et al. | Structural and optical characteristics of fullerenes incorporated inside porous silica aerogel | |
US20090235696A1 (en) | Method for Manufacturing Grin Lens | |
Fitzer et al. | Fibre reinforced composites via the sol/gel route | |
Beaudry et al. | Thermal weight loss of silica-poly (vinyl acetate)(PVAc) sol-gel composites | |
Haranath et al. | Effective doping of rare-earth ions in silica gel: a novel approach to design active electronic devices | |
EP1061050A1 (en) | Process for fabricating an article via sol-gel processing | |
Armellini et al. | Rare Earth‐Activated Silica‐Based Nanocomposites | |
Tsai | Synthesis of nanocrystalline enstatite fiber via alkoxide sol–gel process | |
ITMI20012555A1 (en) | HIGH EFFICIENCY LUMINESCENT GLASSES, PARTICULARLY FOR USE AS SPARKLING MATERIALS FOR THE DETECTION OF IONIZING RADIATIONS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
0001 | Granted |